Losgröße in der Fertigung: Wie kleinere Llose die Durchlaufzeit senken
Von Mirko Peters ·
Die Losgröße in der Fertigung bestimmt, wie lange Teile warten. Erfahren Sie, warum kleinere Lose die Durchlaufzeit senken, was sie kosten und wann kurze Rüstzeiten sie sich auszahlen lassen.
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Die Losgröße in der Fertigung ist die Anzahl der Einheiten, die eine Maschine in einem Durchlauf fertigt, bevor sie auf ein anderes Produkt umgerüstet wird. Für einen Produktionsleiter ist sie einer der unscheinbarsten Hebel für die Durchlaufzeit: Bei kleineren Losen warten Teile weniger auf den Rest ihres Loses, und Aufträge warten weniger auf ihren Platz an der Maschine. Kleinere Lose bedeuten jedoch auch mehr Umrüstungen, daher lohnen sie sich nur, wenn das Rüsten kurz ist. Dieser Leitfaden zeigt den Zielkonflikt, ein Rechenbeispiel mit Zahlen und einen Weg, die Losgröße in sicheren Schritten zu senken.
Das Wichtigste in Kürze
- Die Losgröße ist die Anzahl der Einheiten, die in einem Durchlauf gefertigt werden, bevor die Maschine umgerüstet wird; dieselbe Größe wird auch als Losgröße bezeichnet.
- Große Lose verteilen das Rüsten auf viele Teile, doch jedes Teil wartet auf den Rest seines Loses und jeder Auftrag auf seinen Platz an der Maschine.
- Kleinere Lose verkürzen die Durchlaufzeit und senken den Bestand, erhöhen aber die Umrüstungen und binden Kapazität, daher brauchen sie kurze Rüstzeiten.
- Die kostenoptimale Losgröße gleicht Rüstkosten und Lagerkosten aus und sinkt, wenn die Rüstkosten sinken. Betrachten Sie sie als Untergrenze, nicht als Ziel.
- Verkleinern Sie die Losgröße schrittweise: Messen Sie die Rüstzeit, verkürzen Sie sie, reduzieren Sie dann das Los und prüfen Sie Kapazität, Qualität und Liefertreue, bevor Sie den nächsten Schritt gehen.
Losgröße in der Fertigung: Was sie ist und warum sie wichtig ist
In der Serienfertigung ist ein Los eine Gruppe identischer Teile, die gemeinsam einen Arbeitsschritt durchlaufen. Die Losgröße gibt an, wie viele Teile in einem Produktionsdurchlauf liegen. Viele Werke fahren große Lose, weil ein Rüstvorgang Zeit und manchmal Ausschuss kostet. Fred Stahl vom Lean Enterprise Institute (LEI) schreibt in Which Will Prevail: Batch Thinking or Worker Leadership?, dass sich die Stückkosten bei der Fertigung in Losen von Hunderten oder Tausenden, sobald die Maschine eingerichtet ist, auf Cent oder weniger reduzieren. Das ist die Logik der Skaleneffekte, und für die Maschine ist sie nicht falsch.
Problematisch ist, was das Los für den Materialfluss bedeutet. Große Lose erzeugen drei Arten von Wartezeit:
- Wartezeit innerhalb des Loses. Ein Teil, das zuerst fertig wird, liegt, bis das letzte Teil des Loses fertig ist, und wandert erst dann weiter. Dasselbe wiederholt sich im nächsten Schritt.
- Wartezeit auf den Durchlauf. Ein neuer Auftrag kann erst starten, wenn die Maschine im Produktionsplan bei seinem Produkt angelangt ist. Je größer die Lose, desto länger dauert der Zyklus durch alle Produkte.
- Wartezeit als Bestand. Fertige Teile, Rohmaterial und Teile in Arbeit binden Platz und Kapital und verdecken Probleme. Ein gutes Bestandsmanagement beginnt damit, sie sichtbar zu machen.
Zusammen machen diese Wartezeiten den größten Teil der Durchlaufzeit eines Auftrags aus. Die Zeit an der Maschine ist oft nur ein kleiner Teil davon. Deshalb ist die Losgröße ein Hebel für die Durchlaufzeit, den ein Werk ziehen kann, ohne etwas zu kaufen.
Wie kleinere Lose die Durchlaufzeit senken
Der Effekt ist einfach. Halbieren Sie das Los, wartet jedes Teil auf halb so viele andere Teile, und die Maschine kommt doppelt so oft zu jedem Produkt zurück. Teile und Aufträge laufen schneller durch, und zwischen den Arbeitsschritten liegt weniger Bestand.
Stahl beschreibt in seinem Artikel dieselbe Richtung. Bei einem Just-in-Time-Fluss, schreibt er, schrumpfen die Losgrößen und Warteschlangen verschwinden. Er zitiert außerdem Burbidges vierte Regel, die verlangt, die kleinste Auftragsmenge zu wählen, die sich noch effizient steuern lässt. Stahl argumentiert, dass Führungskräfte bei Störungen oft das Gegenteil tun: Sie reagieren auf Ausfälle, indem sie Losgrößen und Durchlaufzeiten erhöhen, was das System seiner Ansicht nach instabiler macht.
Ein zweiter Effekt ist das Lernen. In einem LEI-Artikel zum One-Piece-Flow beschreibt Michael Ballé, wie er die Mitarbeiter in der Produktion bat, eine halbe Stunde lang den Einzelstückfluss einzuhalten. Danach tauchte all die Verschwendung auf, die zuvor in der Zelle verborgen gewesen war, und die Linie steckte voller Kaizen-Möglichkeiten. Bei kleinen Losgrößen wird ein Fehler nach wenigen Teilen entdeckt, nicht erst nach tausend. Die Rückkopplungsschleife ist kürzer, daher kosten Qualitätsprobleme weniger.
Ballé ist auch ehrlich, was die Grenzen angeht: In vielen Bereichen, meist vorgelagert, erzwingt die Art des Prozesses die Fertigung in Chargen. Ein Ofen, ein Lackbad oder ein Wärmebehandlungsschritt lässt sich nicht Stück für Stück betreiben. Ziel ist nicht überall ein Stück. Ziel ist die kleinste Charge, die jeder Schritt sinnvoll fahren kann.
Rüstzeit und die Kostenseite des Zielkonflikts
Kleinere Losgrößen haben ihren Preis. Jeder zusätzliche Rüstvorgang im Produktionsprozess verursacht Kosten: Er bindet Maschinenzeit, Personal und oft etwas Ausschuss beim Anfahren. Das ist die Rüstzeit, die große Losgrößen eigentlich vermeiden sollten. Auf der anderen Seite stehen die Lagerhaltungskosten: gebundenes Kapital, Platzbedarf, Handling und Risiko. Werke, die die gesamten Bestandskosten minimieren wollen, müssen beide Seiten abwägen.
Der klassische Weg, beides auszubalancieren, ist die optimale Bestellmenge (Economic Order Quantity, EOQ), die auch für Fertigungslosgrößen verwendet wird. Der Softwareanbieter Unleashed erklärt sie in seinem Artikel. Es handelt sich dabei um eine Quelle des Anbieters. Die Formel lautet EOQ = √(2DK/H), wobei D der jährliche Bedarf ist, K die Kosten pro Bestellung bzw. pro Rüstvorgang und H die jährlichen Lagerhaltungskosten pro Einheit. Dieselbe Quelle sagt, das Modell setze voraus, dass Bedarf, Kosten und Wiederbeschaffungszeiten über das Jahr konstant bleiben. Sie warnt außerdem, dass die Ergebnisse nur so gut sind wie die Eingangsdaten.
Die Formel enthält eine Lehre, die für Lean wichtig ist: Die optimale Losgröße wächst mit der Quadratwurzel der Rüstkosten. Senkt man die Rüstkosten auf ein Viertel, halbiert sich die kostenoptimale Losgröße. Der Weg zu kleineren Losgrößen führt also über kürzere Rüstvorgänge. Die Formel berücksichtigt jedoch weder Durchlaufzeit, Qualitätsrückmeldungen, Maschinenauslastung noch Flexibilität. Deshalb sollten Sie ihr Ergebnis als Kostenuntergrenze betrachten, nicht als Ziel.
Beispiel: drei Produkte auf einer Maschine
Dies ist eine illustrative Rechnung, kein gemessener Fall. Eine Maschine fertigt drei Produkte, jedes mit einem wöchentlichen Bedarf von 1.200 Stück (60.000 pro Jahr). Die Maschine schafft 60 Stück pro Stunde und ist 80 Stunden pro Woche verfügbar. Ein Stück hat einen Wert von 80, die Lagerhaltungskosten werden mit 20 % des Wertes pro Jahr angenommen. Ein Rüstvorgang dauert eine Stunde und kostet 120. Das sind angenommene 90 für Maschinenzeit plus 30 für Ausschuss beim Anfahren.
Wöchentliche Chargen (je 1.200 Stück).
- Maschinenzeit pro Zyklus: 3 × 20 Stunden Laufzeit plus 3 Stunden Rüstzeit = 63 Stunden.
- Rüstkosten pro Woche: 3 × 120 = 360.
- Durchschnittlicher Bestand: eine halbe Charge pro Produkt, also 1.800 Stück im Wert von 144.000. Lagerhaltungskosten: etwa 554 pro Woche.
- Gesamt: etwa 914 pro Woche. Eine Bestellung für Produkt B kann fast eine Woche auf ihre Reihe warten.
Tägliche Chargen (je 240 Stück).
- Maschinenzeit pro Tag: 3 × 4 Stunden Laufzeit plus 3 Stunden Rüstzeit = 15 von 16 verfügbaren Stunden.
- Rüstkosten pro Woche: 15 × 120 = 1.800.
- Durchschnittlicher Bestand: 360 Stück im Wert von 28.800. Lagerhaltungskosten: etwa 111 pro Woche.
- Gesamt: etwa 1.911 pro Woche. Eine Bestellung wartet höchstens etwa einen Tag auf ihre Reihe.
Bei einstündigen Rüstvorgängen verkürzen tägliche Lose die Durchlaufzeit, kosten aber rund 1.000 mehr pro Woche, und sie belegen 75 von 80 Stunden Produktionskapazität. Angenommen, das Team verkürzt den Rüstvorgang nun auf 15 Minuten, was 30 kostet. Die wöchentliche Option kostet 90 + 554 = 644. Die tägliche Option kostet 450 + 111 = 561 und belegt nur 12,75 Stunden pro Tag. Das kleinere Los ist jetzt günstiger und schneller. Die EOQ-Formel zur Optimierung der Losgröße zeigt dasselbe Bild: Mit D = 60.000 pro Produkt und Jahr, H = 16 pro Stück und Jahr sowie K = 120 ergibt sie etwa 949 Stück. Mit K = 30 ergibt sie etwa 474.
Die Zahlen zeigen den Punkt: Losgröße und Rüstzeit müssen gemeinsam entschieden werden.
Losgröße in fünf Schritten reduzieren
Diese Reihenfolge ist unsere eigene Planungshilfe und kein Standard.
- Wählen Sie die richtige Maschine aus. Beginnen Sie dort, wo sich eine lange Warteschlange bildet, meist am Engpass oder kurz davor.
- Messen Sie den Rüstvorgang und seine Kosten. Stoppen Sie die gesamte Zeit vom letzten guten bis zum ersten guten Teil und rechnen Sie Ausschuss und Arbeitszeit hinzu.
- Verkürzen Sie das Rüsten. Bereiten Sie so viel wie möglich vor, während die Maschine noch läuft, und vermeiden Sie Justierungen, indem Sie Positionen fest einstellen.
- Reduzieren Sie das Los schrittweise, nicht sprunghaft. Senken Sie es um ein Viertel oder ein Drittel, fahren Sie es einige Wochen lang und vergleichen Sie Durchlaufzeit, Bestand und Kapazität.
- Prüfen Sie Qualität, Liefertreue und Personal. Kleinere Lose bedeuten mehr Übergaben und mehr Rüstvorgänge pro Schicht. Stellen Sie sicher, dass die Standardarbeit sie abdeckt, und gehen Sie dann zum nächsten Schritt über.
Wiederholen Sie den Zyklus. Jede Runde senkt die Kostenuntergrenze der Formel und ermöglicht noch kleinere Llose.
Häufige Fehler
- Losgrößen senken, ohne das Rüsten zu verkürzen. Die Maschine verbraucht dann ihre Kapazität für Rüstvorgänge und wird zum Engpass.
- Nur die Lagerkosten betrachten. Im obigen Beispiel ist die Einsparung bei den Lagerkosten gering. Der Gewinn liegt in Durchlaufzeit, Flexibilität und Qualitätsrückmeldung.
- Für jedes Produkt dieselbe Losgröße verwenden. Schnelllieferer und seltene Varianten brauchen unterschiedliche Losgrößen.
- Der Formel blind vertrauen. Das EOQ-Modell setzt konstante Nachfrage und konstante Kosten voraus. Prüfen Sie es anhand Ihrer eigenen Daten.
- Die Losgröße als Reaktion auf Störungen erhöhen. Das verdeckt die Ursache und verlängert die Durchlaufzeit, wie Stahl anmerkt.
- Vor- und nachgelagerte Schritte vergessen. Ein kleines Los an einer Maschine hilft nicht, wenn der nächste Schritt weiterhin auf eine volle Palette wartet.
Wie Software helfen kann
Ein ERP-System kann Losgrößen, Rüstzeiten und Nachfrage je Produkt hinterlegen und zeigt Bestand und geplante Rüstvorgänge pro Woche an. Ein Werkzeug zur Produktionsplanung kann verschiedene Losgrößen gegen die Kapazität testen, bevor Sie am Shopfloor etwas ändern. Simulation zeigt, wie sich Losgröße und Schwankungen auf Warteschlangen und Durchlaufzeit auswirken. Software unterstützt die Entscheidung, die eigentliche Rüstarbeit muss aber an der Maschine erledigt werden.
Nächster Schritt
Wählen Sie eine Maschine mit langer Warteschlange, messen Sie ihren Rüstvorgang und berechnen Sie die Kosten pro Rüstvorgang. Testen Sie dann ein Los, das ein Drittel kleiner ist, und beobachten Sie die Auswirkung der Losgröße in der Fertigung auf Ihre Durchlaufzeit.